作者：解螺旋.雷震子
转载请注明来源：解螺旋，医生科研助手
2016年，大家是否还记得十年前正式进军科研界的诱导型多功能干细胞 (Induced pluripotent stem cells，iPSCs)？一个研究热点在科研界风靡10年后，依然热度不减，可见其潜力无限！今天小编就带大家分享一下新年伊始就不断刷屏的iPSCs所取得的重大发现。
iPSCs：备受诺贝尔亲睐的理想细胞模型
首先介绍一下今天的主角——iPSCs，它是由一些多能遗传基因导入皮肤等受体细胞中制造而成，然后进一步进行体外诱导分化，最终得到一种自我更新和分化两大优势融于一身的理想的细胞模型。主要原理是：通过病毒载体将四个转录因子（Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc）的组合转入分化的体细胞中，诱导其重编程成为类似胚胎的干细胞。iPSCs于2006年被日本的山中伸弥（Shinya Yamanaka）教授（了解其人请看后面人物篇）发明的，由此，iPSCs获得了世界各国科学家的关注，而它的“伯乐”——山中伸弥教授和英国科学家约翰·格登共同分享了2012年诺贝尔生理学医学奖以表彰他们在“体细胞重编程技术”领域做出的革命性贡献。
iPSCs研究进展
iPS细胞具有自我更新和分化的全能性，从日本科学家ShinyaYamanaka于2006年第一次发现这一技术到现在，科学家已经成功从小鼠，大鼠，猕猴，猪和人的体细胞中诱导并获得iPS细胞，而且诱导技术也与时俱进，现在减少外源转录因子、使用非整合病毒、质粒法等都能够产生iPS细胞。
在过去的10年中，iPSC技术为哺乳动物的正常发育、人类的疾病的发生发展过程、疾病的治疗等方面的研究奠定了坚实的基础，同时也促进不同物种间的细胞重编程及应用价值的开发，从而更好地将iPSC技术应用于临床转化，为人类的健康事业贡献力量。下面和大家分享一下iPSCs在今年，没错，在2016年，带给大家的两大惊喜，真的是开门红啦。
1. 与CRISPR系统联姻：阻断HIV破坏效果
首先，CRISPR/Cas9与iPSCs相结合，加上靶向型RNA技术（guide RNA，gRNA），在HIV的治疗方面取得了重大突破。HIV-1感染一直是大家谈之色变的一大噩梦，科学家们的顽敌！尽管科学家们从未停止过寻找有效的治疗措施，结局依然是用尽全身解数而不得解。控制HIV-1感染的瓶颈——如何有效阻止HIV-1对机体免疫细胞的持久损伤，一直没有解决方案。就在上周，HyunJun Kang及其同事在Nature上与大家分享了如何有效阻止HIV持续破坏的重大发现！
CCR5，全称为化学因子受体5，可以与细胞因子CCL3-5结合，进而在感染过程中的炎症反应阶段发挥作用。CCR5作为R5-HIV-1病毒的共同受体，与HIV-1结合是造成细胞持续损伤的重要环节，而当其功能受损则可有效保护细胞免受HIV-1病毒的“摧残”。简单地说，就是当个体CCR5功能瘫痪，相当于拿到了HIV感染的“免死金牌”。
作者通过CRISPR/Cas9技术诱导iPSC破坏CCR5，进而使免疫细胞对CCR5-HIV-1病毒结合体产生选择性的“漠视”。他们首先用CRISPR/Cas9 和靶向性RNA成功定位到iPSC上的CCR5，紧接着，用CRISPER/Cas9编辑单靶向型gRNA定位的基因，结果发现：12.5%的细胞内的CCR5被编辑，更为惊喜的是，通过核酶剪切试验及直接测序证实这其中有22.2%是双等位基因均被编辑。而双靶向的gRNAs 可以有效的提高编辑CCR5的有效性到27%，双等位基因的编辑有效性达41%。
为确保细胞内的同质性的基因编辑，作者通过单细胞筛选分类并成功建立克隆的iPSC细胞系。由单个细胞来源的纯合子CCR5突变的iPSC lines 不仅表现出多功能干细胞的特点，且可以有效的分化成造血干细胞及巨噬细胞。来源于CCR5编辑的iPSCs 可以显著地抵抗CCR5趋向性病毒的侵袭。本篇文章最大的创新点在于——靶向型RNA技术指引+ CRISPR/Cas9编辑+ iPSCs诱导分化，最终成功诱导产生抗HIV的细胞，提供了一种新的治疗措施。
2. 3D系统重编程
第二大惊喜是——Yoji Tabata和Matthias P. Lutolf 团队成功的在3D 的细胞外基质上对体细胞进行了重编称。注意，这是首次在3D 的环境下系统分析体细胞的重编程过程，能更好的模拟机体内过程。
这篇报道的最大创新点在于技术上的革新——通过不断地完善细胞外微环境的硬度、降解度、机生化成分，最终成功的明确了生物物理在促进在诱导iPSC上的作用。机体细胞在3D 的微环境下通过加速间质细胞-上皮细胞间的转化及加强表观遗传修饰而疯狂的重编程。由此可见，3D 微环境信号与重编程转录因子可以协同作用从而更好地提高体细胞的可塑性。这一重大突破，给心肌梗塞的病人及需要移植的病人带来了福音！
除此之外，加利福尼亚大学也为大家献上准备已久的新年礼物——成功的将人的成纤维细胞诱导成胰岛细胞，相信治愈糖尿病就在不远的明天啦。利用iPSC技术能够获得病人或者疾病特异的多能性干细胞，这样可以避免移植过程中的免疫排斥问题，也绕开了人类胚胎干细胞研究所带来的伦理问题。当然，这些研究促使iPSC在药物研发、疾病机制的探究等方面取得更大的成就，最终在为人类健康事业服务的道路上走的更远！
参考文献：
1.CCR5 Disruption in Induced Pluripotent Stem Cells Using CRISPR/Cas9 Provides Selective Resistance ofImmune Cells to CCR5-tropic HIV-1 Virus.Kang H1, Minder P2, Park MA1, Mesquitta WT1, Torbett BE2, Slukvin II1,3. Mol Ther Nucleic Acids. 2015 Dec 15;4:e268. doi: 10.1038/mtna.2015.42.
2.Defined three-dimensional microenvironments boost induction of pluripotency.Caiazzo M1, Okawa Y1, Ranga A1, Piersigilli A2, Tabata Y1, Lutolf MP1,3. Nat Mater. 2016 Jan 11. doi: 10.1038/nmat4536. [Epub ahead of print]
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